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Die Erfindung betrifft eine Anlage
zur Verbrennung von unerwünschten
Gasen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen.
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Bei der Befüllung von Lagerbehältern, bei dem
Umfüllen
von Tankinhalten und bei der Inspektion und Reinigung von Lagertanks
wird mit Kohlenwasserstoffen beladene Tankatmosphäre an die
Umgebung abgegeben. Aus Gründen
der Luftreinhaltung, geregelt in den einschlägigen gesetzlichen Vorschriften,
in Deutschland zum Beispiel in der TA Luft, und aus Vorsorgegründen gegen
schädliche
Umwelteinwirkung gemäß § 5 Abs.
1 Nr. 2 BImSchG ist die Abgabe der Kohlenwasserstoffe nicht statthaft.
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Insbesondere bei der Inspektion und
Reinigung von Tanks in der Mineralölindustrie werden Nachverbrennungen
oder gleichwertige Maßnahmen zur
Emissionsminderung gefordert. Die bei der Tankreinigung anfallenden
brennbaren Gase werden in der Regel ohne energetische Nutzung verbrannt.
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Unter Abschnitt 5.4.8.1 a.2.2 der
TA Luft: „Anlagen
zum Abfackeln von brennbaren gasförmigen Stoffen, die nicht aus
Abfallbehandlungsanlagen stammen" werden
folgende Anforderungen formuliert: Brennbare gasförmige Stoffe,
die aus betrieblichen Gründen
ohne energetische Nutzung verbrannt werden sollen, sind einer Abgasreinigungseinrichtung
zuzuführen.
Diese Abgasreinigung kann über eine
thermische oder katalytische Nachverbrennung erfolgen.
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Für
diese Anlagen gelten hinsichtlich der Emissionsminderung vereinfachte
Anforderungen:
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- – Für Schwefeloxide,
Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid werden keine Grenzwerte definiert.
- – Für Kohlenwasserstoffe,
jeweils bezogen auf den Gesamtkohlenstoff, wird ein Emissionsminderungsgrad
von mindestens 99,9 oder eine Massenkonzentration von < 20 g/m³ gefordert.
- – Die
Einhaltung der geforderten Emissionsminderung hinsichtlich der organischen
Stoffen ist in Abstimmung mit den Genehmigungsbehörden nachzuweisen.
- • Ausbrandtemperatur
ist kontinuierlich zu messen und aufzuzeichnen
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Lagertanks und daran angeschlossenen
Anlagen sind in der Regel in explosionsgefährdeten Bereichen angeordnet.
Daher sind das Gerätesicherheitsgesetz
(GSG), die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und die Technischen
Regeln brennbare Flüssigkeiten
(TRbF), hier insbesondere die TRbF 20 zu beachten.
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Ein für die Emissionsminderung anwendbares
Verfahren ist die Verbrennung in einer Brennkammer, die jedoch an
die Kohlenwasserstoffquelle, zum Beispiel den zu reinigenden Tank
angeschlossen sein muss, was somit bislang nur bei großen Tanks anwendbar
ist, wo der Aufbau der stationären
Brennkammer ökonomisch
sinnvoll ist. Es ist jedoch wünschenswert,
auch bei kleineren Tanks, z.B. Rohöltanks, die bei der Reinigung
anfallenden nach außen tretenden
Kohlenwasserstoffe unmittelbar vor Ort zu verbrennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Anlage zur Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu schaffen, mit
der auf ökonomisch
sinnvolle Weise auch kleinere Tanks gereinigt werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Verbrennungsanlage
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Das Ergebnis der Entwicklung ist
eine modular aufgebaute Anlage, die im wesentlichen folgende Komponenten
aufweist:
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- – Brennkammer
mit Brenner, Temperatur- und Sauerstoffmessung
- – Sicherheitsstrecke
- – Brenngasventilator
- – Verbrennungsluftventilator
- – Container
mit Messwarte
- – Verbindende
Rohrleitungen mit Schnellkupplungen
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Durch diesen modularen Aufbau kann
ein einfacher Transport, eine schnelle und einfache Installation
am Einsatzort, eine zügige
Inbetriebnahme und ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Es wird also
dadurch eine mobile Anlage geschaffen, die zu dem jeweiligen Einsatzort
transportiert werden kann und unproblematisch vor Ort aufgebaut
werden kann.
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Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage
wurde besonderen Wert auf die Sicherheit nach dem Stand der Technik
gelegt. Die Gasstrecke verfügt über eine
dreifache Sicherung gegen Rückzündung zum
Tank, bestehend aus:
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- – Detonationsrohrsicherung
am Brenner
- – Detonationsrohrsicherung
am Tank
- – Geschwindigkeitsüberwachung
und Abschaltung der Brenngasförderung
bei Unterschreitung einer minimalen Geschwindigkeit, die sich aus
der Gasgeschwindigkeit im Brenner und der Flammengeschwindigkeit
errechnet.
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Mit dieser mobilen Verbrennungsanlage steht
erstmalig ein geschlossenes Verbrennungssystem zur Verfügung, das
die Nachteile der üblicherweise
eingesetzten bodennahen offenen Flammen, wie z. B. Fackelsystemen,
vollständig
beseitigt, es werden die technischen Vorteile eines geregelten, zwangsbelüfteten Industrie-Brenners
in Verbindung mit einer Brennkammer als geschlossener Brennraum
in einer mobilen Einheit vereint.
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Das System ermöglicht eine in jeder Hinsicht kontrollierte
und emissionsarme Verbrennung.
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Die Abgase aus dieser Verbrennung
entsprechen aufgrund der geführten
Verbrennung den Anforderungen der TA Luft Nr. 5.4.8.1 a.2.2.
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Gegenüber Fackelsystemen kann an
der mobilen Verbrennungsanlage eine exakte messtechnische Überprüfung der
nach TA Luft geforderten Emissionsminderungen durchgefihrt werden.
Aufgrund des Konzeptes der Brennkammer werden die Rauchgase an eine
definierten Stelle abgeleitet, so dass die Rauchgase insgesamt einer
Messung zugänglich
sind.
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Bei herkömmlichen Fackelsystemen mit
offener Flamme kann dagegen die tatsächliche Emissionsminderung
nicht erfasst werden, da das Rauchgas unmittelbar unkontrolliert
an die Umgebung abgegeben wird.
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Die Anlage wird per LKW zu ihrem
jeweiligen Einsatzort transportiert. Voraussetzung für die Aufstellung
der Anlage sind ausreichend standfeste und ebene Flächen für die Aufstellung von
Container mit Schaltschrank, Brennkammer mit Brenner, Brenngas-
und Verbrennungsluftventilator.
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Die Montage, Inbetriebnahme und der
Betrieb der mobilen Verbrennungsanlage wird vor Ort durchgeführt und überwacht.
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Die Anlage besteht aus:
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- Brennkammer, hieran angebaut:
- zweistufiger Gasbrenner,
- Zünd-
und Pilotbrenner in explosionsgeschützter Ausführung
- Flammenüberwachung
in explosionsgeschützter Ausführung,
- O2 – Messung
des Rauchgases
- Temperaturmessung des Rauchgases,
- Verbrennungsluftregelklappe
- Sicherheitsstrecke für
Brenngas und Zündgas
mit Magnetventilen und Durchflussmessung in explosionsgeschützter Ausführung
- Brenngasventilator, drehzahlverstellbar mit Frequenzumformer
explosionsdruckstoßfest
bis 9 bar und in explosionsgeschützter
elektrischer Ausrüstung
- Rohrleitungssystem für
Brenngas mit Detonationsrohrsicherungen
- Verbrennungsluftventilator
- Container mit Messwarte/Aufenthaltsraum für das Bedienungspersonal
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Kernstück der Anlage ist die Brennkammer mit
angebautem, zweistufigem Industrie-Gasbrenner. Die Verbrennung erfolgt
in nicht-vorgemischten Flammen. Der Brenner ist so konzipiert, dass
sowohl Brenngase mit sehr hohen Kohlenwasserstoff-Gehalten als auch
Brenngase mit Kohlenwasserstoffgemischen unterhalb der unteren Zündgrenze
verbrannt werden können.
Zu diesem Zweck ist der Brenner mit einem Zünd-/Pilotbrenner ausgerüstet, der
mit seiner Stützflamme
die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe auch bei geringen Beladungen
der Abluft sicherstellt. Bei geringen Beladungen kann zur Erzielung von
höheren
Brenngasdurchsätzen
eine 2. Brennerstufe zugeschaltet werden.
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Die Einhaltung von Gasgeschwindigkeiten am
Brenner, die ein Zurückbrennen
der Flammen verhindern, wird mit einer Mengenmessung in Abhängigkeit
der gewählten
Verbrennungsstufen überwacht.
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Das Brenngas wird über ein
Rohrleitungssystem aus vorkonfektionierten Rohren mit Schnellkupplungen
mit dem Brenngas-Ventilator abgesaugt und dem Brenner zugeführt. Die
Brenngasmenge kann über
Drehzahlverstellung mittels Frequenzumformer entsprechend der Beladung
mit Kohlenwasserstoffen manuell eingestellt werden. Zum Schutz gegen
Zurückbrennen
der Flamme von Tank und Fördereinrichtungen
ist die Brenngas-Rohrleitung mit je einer Detonationsrohrsicherung
am Tank und vor dem Brenner ausgerüstet.
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Die Verbrennungsluft wird in Abhängigkeit vom
Sauerstoffgehalt, gemessen am Rauchgasaustritt der Brennkammer,
geregelt und der Verbrennung gezielt zugeführt. Die Verbrennungsluft wird
geregelt nachgeführt,
dies kann automatisch durchgeführt werden
oder bei permanent personenbegleiteter Verbrennung auch manuell
ausgeführt
werden.
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Gleichzeitig wird die Temperatur
der Rauchgase am Rauchgasaustritt der Brennkammer gemessen. Mit
der Überwachung
dieser beiden Parameter ist ein sicherer Ausbrand der Kohlenwasserstoffe
gemäß TA Luft
2002 sichergestellt.
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Die mobile Verbrennungsanlage wird
vorzugsweise bei der Inspektion und Reinigung von Rohöltanks und
anderen Lagerbehältern
der Mineralölindustrie
eingesetzt. Beispielhaft werden hier die Einsatzmöglichkeiten
bei der Reinigung von Rohöltanks
aufgezeigt: Einpumpen des Spülmediums:
Verdrängung
der Tankatmosphäre
Belüftung
und manuelle Reinigung Belüftung
und Begehung/Inspektion Die erfindungsgemäße Anlage kann in allen Bereichen
eingesetzt werden, in denen es notwendig ist, mit Kohlenwasserstoffen
beladene Abluft entsprechend den Anforderungen der TA-Luft sicher
und nachweislich zu verbrennen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
einer Figur schematisch in ihrem Aufbau dargestellt.
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Die Anlage zur Verbrennung ist mit
dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Sie weist als zentrale Einheit
eine Brennkammer 12 mit einem Gasbrenner 12a auf,
dem über
einen Verbrennungsluftventilator 14 Verbrennungsluft und über einen
Brenngasventilator das zu verbrennende Gas, im vorliegenden Beispiel
Kohlenwasserstoffe, zugeführt
werden. In der Brenngasleitung 18 zwischen dem Gasbrenner 12a und/oder
in der die Kohlenwasserstoffe transportierenden Zuleitung 20 zu
dem Brenngasventilator sind entsprechende Sicherheitseinrichtungen
vorgesehen, die einen Rückschlag
der Verbrennung in das Leitungssystem oder gar bis zu dem Tank,
aus dem die Gase entnommen werden, verhindern.
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Ein Zündbrenner 22 stellt
die Initialzündung der
Verbrennung sicher.
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Die Verbrennung in der Brennkammer 12 wird
kontinuierlich überwacht,
in der Figur ist als Beispiel die Flammenüberwachung angegeben. Es können laufend
weitere Messwerte genommen werden, z.B. Abgastemperatur, Sauerstoffgehalt
des Rauchgases etc.
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Eine Steuerung 26 überwacht
das gesamte Zusammenspiel der Knmponenten, wobei die Komponenten
von Hand oder auch automatisch steuerbar sind.
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Erfindungswesentlich sind die einzelnen Komponenten
jeweils eigenständige
Bauteile, die zum Transport getrennt verpacht sind.
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Wenn also ein Tank entleert werden
muss und die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe verbrannt werden
müssen,
lassen sich Brennkammer, Gasbrenner, Verbrennungsluftventilator,
Brenngasventilator sowie die Steuereinheit und weitere Nebenkomponenten
jeweils getrennt voneinander an den Einsatzort transportieren, um
dann vor Ort miteinander über
Rohrleitungen und entsprechende Anschlussverbindungen miteinander
vernetzt zu werden.
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Nach dem Einsatz lassen sich die
einzelnen Komponenten schnell wieder voneinander trennen und getrennt
transportieren.